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图| 碳排放的增长速度远快于我们的期望。(来源:Robert C. Armstrong)
因此,我们必须在很短的时间内,同时完成提供更多能源和降低碳排放两个任务。
那么,有什么技术可以帮助我们的世界做到这一点呢?
Armstrong 提到了四种技术。
首先,是碳负排放技术,也就是所谓的碳捕集——将化石燃料燃烧产生的尾气和大气中的二氧化碳收集并储存起来。如果碳捕集技术可以大规模应用,电力行业将会比建筑、交通、工业等领域更好地实现气候目标。碳捕集技术应用的关键,是要有更加经济的方法。现在主流的碳捕集技术,需要用胺溶液来实现二氧化碳的吸收和释放。但想要让二氧化碳从溶液中释放出来,需要把胺溶液的温度升高到 100 摄氏度以上,这也会制造出更多的二氧化碳排放。Armstrong 教授提到了一个全新的方法,可以利用类似电池的电化学原理去整合这个过程。由于不需要加热,它可以使整个过程更加节能。
图 | 全新的电化学方法可以有效降低碳捕集技术的能耗。(来源:Robert C. Armstrong)
其次,电力的生产和消费是在整个经济社会层面联动的。除了在发电环节降低碳排放,我们还需要跨行业、跨领域的技术。例如,我们可以利用电动汽车或燃料电池等电气化手段,来同时降低发电和交通层面的碳排放。为交通工具提供能量的,可以是柴油、汽油,也可以是电能、生物质能。在这些不同的路径中,我们都可以进行碳封存和碳捕获,让整体的排放量更低。
MIT 的科学家做了这样一个研究,他们对比了内燃机车、混合动力、纯电动、燃料电池等不同的车型在生命周期中的碳排放。他们发现,如果我们无法实现清洁的发电,那么哪怕是纯电动的电动车,可能也会有间接的碳排放。而且,尽管电动汽车、燃料电池汽车整体的碳排放更低,但可能由于更加复杂的生产工艺,它们在生产环节中的碳排放其实是高于内燃机汽车的。因此,利用碳捕集等技术降低电力、氢能生产环节的碳排放,对于降低交通领域的碳排放来说非常关键。
图 | 能源是一个多领域高度联动的行业,我们需要开发跨领域的脱碳技术。(来源:Emre Gencer, MIEI)
第三,是储能技术。我们面临的一个挑战,是如何让能源系统消纳更多的可再生能源。太阳能、风能都是波动非常明显的发电方式,大量的强波动性可再生能源会给电网的稳定运行造成不小的困难。而让更多的可再生能源上网的关键,是需要更多的储能装置,进行一整夜、甚至更长时间的储能。
图 | 高波动性的太阳能和风能。(来源:MIT Analysis, NSRDB, ERCOT, P. Brown)
最后,是一种极具前景的可以实现低碳电力生产的技术——可控核聚变。目前全球范围内有大约 25 家可控核聚变技术的创业公司,希望可以在 25 年内就让可控核聚变为现实。很多的创业公司都专注于最基础的研究工作,包括高温超导材料、脉冲式反应堆等等。也许,可控核聚变的到来,会比之前预期的短得多。
Armstrong 表示,所有的这些设想,都需要有突破性的技术进展,来真正支持这些科学技术的商业化转型。我们还要有更多的创新,把能源部门的这些技术整合在一起,更好地实现低碳的未来。
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